專利名稱：硅粉回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體和太陽能領(lǐng)域，尤其是涉及用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法。
背景技術(shù)：
在多晶硅和單晶硅的使用過程中必須要將其進(jìn)行切割成晶片，而在切割的過程中材料的損失高達(dá)40%以上，貴重的高純硅粉隨著切削砂漿的廢棄而浪費掉。如果采用金剛石線鋸進(jìn)行切削，在切削砂漿中還會有少量昂貴的金剛石粉末，這些金剛石粉末也會隨著切削砂漿的廢棄而浪費掉。高純硅是用于制作太陽能電池的原材料，其生產(chǎn)過程需要消耗大量的能源。每年我國需要從國外進(jìn)口大量的硅材料，是我國急需的物質(zhì)。因此，如何有效地回收硅和金剛石是本領(lǐng)域中急需解決的問題。目前在半導(dǎo)體和太陽能工業(yè)領(lǐng)域還沒有合適的硅粉回收工藝。過去十余年硅晶錠切割主要采用微細(xì)鋼線帶動碳化硅粉來切削，切削后的砂漿中除了高純硅粉外，還有大量的碳化硅粉和懸浮液，目前有一些技術(shù)可以回收其中的碳化硅粉和懸浮液，但還沒有合適的回收工藝獲得高純度的、能滿足太陽能或半導(dǎo)體工業(yè)需求的硅粉。因此幾乎所有的切削砂漿在回收其中的碳化硅粉和懸浮液之后將剩下的純度不足的硅粉全部廢棄，除了浪費外還造成一定程度的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種回收效率高的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法。將金剛石線鋸用于硅晶錠的切割是最近一年才有所批量應(yīng)用，因此對金剛石線鋸切削硅晶錠時所產(chǎn)生的切削砂漿中的硅粉和金剛石粉的回收尚未有成熟的技術(shù)，需要全新開發(fā)合適的硅粉和金剛石粉回收技術(shù)。本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)進(jìn)行的在利用金剛石線鋸切割硅晶錠時，形成的硅粉一般非常細(xì)小，大部分在數(shù)十到數(shù)百納米量級，這些細(xì)小的粉末本身非常容易團聚，也很容易與金剛石粉末團聚在一起，如圖5所示。因而，為了開發(fā)有效的硅粉回收技術(shù)，非常重要的是首先需要解決如何將這些團聚的粉末(含有硅粉和金剛石粉末)充分分散并由此進(jìn)一步獲得高純的硅粉和金剛石粉末的問題。另外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在利用金剛石線鋸切割硅晶錠時，金剛石粉末的粒度是微米級的，與硅粉在粒度上相差非常大，同時金剛石的密度是3. 52g/cm3，硅的密度是2. 33g/cm3,因而可以借助金剛石與硅粉在粒度和密度上的明顯區(qū)別，利用水力分選對金剛石粉末和硅粉粉末進(jìn)行分離。由此，根據(jù)本發(fā)明第一方面的實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法， 包括以下步驟(1)將所述硅粉與分散介質(zhì)混合，形成分散懸浮液；以及( 對步驟(1)中所獲得的懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉。通過上述用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法能夠有效地對晶錠加工所形成的硅粉中所包含的硅粉以及其他雜質(zhì)例如金剛石粉進(jìn)行充分分散，進(jìn)而通過水力分選，將硅粉與其中所含有的其他物質(zhì)進(jìn)行分離，提高了所回收硅粉的純度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法還可以具有下列附加技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述硅粉為通過金剛石線鋸晶錠加工所得。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述硅粉的粒徑小于0. 1mm。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述分散介質(zhì)為選自水、乙醇、二乙醇胺、異丙醇、四氫呋喃、丙酮、二甲基亞砜的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)所述分散介質(zhì)為水時，其進(jìn)一步含有聚丙烯酸類分散劑。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述聚丙烯酸類分散劑為聚丙烯酸胺。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟O)中，用于執(zhí)行所述水力分選的水流速度為 0. 001-0. 5m/s。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟O)中，在所述步驟O)中，在所述水力分選的裝置內(nèi)加有磁體，以便在磁場環(huán)境中執(zhí)行所述水力分選。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述步驟(1)中在將所述硅粉與所述分散介質(zhì)混合之后進(jìn)行超聲或機械攪拌。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在將所述硅粉與所述分散介質(zhì)混合之前、或在水力分選之前、或在水力分選之后，使用浮選介質(zhì)對所述硅粉進(jìn)行浮選處理，以分離所述硅粉中所包含的密度低于硅粉的顆粒，其中，所述浮選介質(zhì)的密度為1. 5-2. 3g/cm3。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步包括對所述經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行洗滌、干燥， 獲得干燥的硅粉。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述硅粉洗滌過程包括以下步驟首先將所述經(jīng)過水洗的硅粉進(jìn)行酸洗，以去除硅粉中的金屬雜質(zhì)，并得到含有硅粉的酸洗液；接著，將所述含有硅粉的酸洗液進(jìn)行固液分離，分離酸洗液和經(jīng)過酸洗的硅粉；最后，對所述經(jīng)過酸洗的硅粉進(jìn)行水洗，以去除硅粉表面殘留的酸液。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述酸洗液選自鹽酸、硫酸、硝酸、鹽酸與雙氧水的混合液、硫酸與雙氧水的混合液的水溶液中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步包括對所述干燥的硅粉進(jìn)行選自電選和磁選的至少一種的處理，以進(jìn)一步分離其中包含的微量不導(dǎo)電顆粒和磁性體顆粒的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步包括對水力分選所得到的雜質(zhì)粉末進(jìn)行洗滌、 干燥，以獲得金剛石粉末。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步包括對所述金剛石粉末進(jìn)行電選或磁選，以進(jìn)一步分離出其中導(dǎo)電的硅粉，獲得經(jīng)過進(jìn)一步純化的金剛石粉末。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，使用酸洗液或者堿洗液進(jìn)行所述洗滌，其中，所述酸洗液為氫氟酸和硝酸的混合水溶液，所述堿洗液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)一步包括使用酸洗液或者堿洗液對經(jīng)過電選或磁選的金剛石粉末進(jìn)行洗滌，其中，所述酸洗液為氫氟酸和硝酸的混合水溶液，所述堿洗液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法的流程示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法的流程示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法的流程示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法的流程示意圖；圖5是未進(jìn)行分散處理的硅粉掃描電鏡照片；圖6是經(jīng)過分散處理的硅粉掃描電鏡照片；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例對金剛石進(jìn)一步進(jìn)行純化處理的示意圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。下面結(jié)合圖1-4描述制備本發(fā)明實施例的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法。A)制備分散懸浮液根據(jù)本發(fā)明的實施例，在對晶錠加工過程中所形成的硅粉進(jìn)行回收時，首先將晶錠加工過程中所形成的硅粉與分散介質(zhì)混合，由此，使得硅粉能夠充分分散在分散介質(zhì)中， 得到分散懸浮液，進(jìn)而能夠解決由于硅粉的團聚作用而造成的某些雜質(zhì)難以處理的問題。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠應(yīng)用于本發(fā)明充分分散硅粉的分散介質(zhì)的種類并不受特別限制，可以是任何不與硅粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的已知溶劑。根據(jù)本發(fā)明的一些具體示例，所采用的溶劑為選自水、乙醇、二乙醇胺、異丙醇、四氫呋喃、丙酮、二甲基亞砜的至少一種。這些分散介質(zhì)與硅粉混合時，不會與硅粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠保證所回收的硅粉可以直接用于工業(yè)領(lǐng)域，例如半導(dǎo)體和太陽能領(lǐng)域。另外，水、乙醇、二乙醇胺、異丙醇、四氫呋喃、丙酮、 二甲基亞砜可以作為多種溶質(zhì)的溶劑，并且能夠與多種溶質(zhì)相兼容，因而便于后續(xù)處理。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，可以采用上述分散劑的一種或者多種的混合物作為分散介質(zhì)，例如可以采用50% (體積百分比)的乙醇水溶液作為分散介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，當(dāng)所述分散介質(zhì)為水時，其進(jìn)一步含有聚丙烯酸類分散劑，可以通過聚丙烯酸類分散劑吸附在硅粉表面，借助硅粉表面相同電荷之間的排斥作用，進(jìn)一步避免硅粉之間的聚集。能夠使用的聚丙烯酸類分散劑的具體示例包括但不限于聚丙烯酸銨。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠處理的硅粉不受特別限制，可以是通過任何方法對晶錠進(jìn)行加工時所得到的硅粉，尤其是通過金剛石線鋸對硅晶錠進(jìn)行線切割加工所得。由于通過金剛石線鋸對硅晶錠進(jìn)行線切割加工時所產(chǎn)生的粉末狀廢料主要成分是硅粉(占大約99. 9wt%),金剛石粉的含量低于千分之一，因而利用現(xiàn)有的分離技術(shù)，難以將硅粉與金剛石粉進(jìn)行分離。另外，盡管金剛石粉的含量相對較低，但當(dāng)回收的硅粉用于制備硅晶錠， 重新進(jìn)行切割時，所包含的金剛石粉會由于硬度大而造成切割無法進(jìn)行，造成浪費。而利用本發(fā)明的回收方法，能夠?qū)⑺厥展璺壑薪饎偸暮拷档偷绞f分之一(重量比)以下， 從而便于將回收的硅粉用于制備硅晶錠，提高了產(chǎn)業(yè)價值。另外，在硅粉中還可能存在密度低于硅粉的雜質(zhì)，例如有機物顆粒。因為通過金剛石線鋸對硅晶錠進(jìn)行線切割加工時會涉及到有機物質(zhì)例如導(dǎo)向用樹脂材料、粘接膠等，因而，在利用金剛石線鋸進(jìn)行切割的過程中會產(chǎn)生有機物顆粒，這些雜質(zhì)會對硅粉的分離以及回收硅粉后的應(yīng)用有不利的影響。因而，參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的實施例，任選地，在將硅粉與分散介質(zhì)混合之前，首先對所述硅粉進(jìn)行浮選處理，例如采用密度低于硅粉密度的溶液，優(yōu)選浮選介質(zhì)為密度為1. 5-2. 3g/cm3的溶液。由于硅粉的密度高于浮選介質(zhì)的密度，因而硅粉會作為沉降物積聚在溶液的底部，而密度較低的成分例如有機物顆粒的密度通常低于1. 5g/cm3,因而會漂浮在浮選介質(zhì)的上層，從而能夠?qū)⒒祀s在硅粉中的密度較低的成分與硅粉進(jìn)行分離，提高了所回收的硅粉的純度，進(jìn)而提高了產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用價值?？梢杂糜诒景l(fā)明的浮選介質(zhì)的類型并不受特別限制，只要其密度介于1. 5-2. 3g/cm3，并且不與硅粉發(fā)生反應(yīng)即可。例如可以采用硫酸水溶液、氯化鋅溶液、溴化鈣溶液、溴化鋅溶液、碘化鈣溶液、 氯化鐵溶液、硫酸鉀溶液、偏鎢酸鐵溶液作為浮選介質(zhì)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，使用浮選介質(zhì)對硅粉進(jìn)行上述處理的時機并不受特別限制。也可以在進(jìn)行水力分選之前、或者水力分選之后使用浮選介質(zhì)對硅粉進(jìn)行浮選處理，條件和所使用的浮選介質(zhì)同前所述，此處不再贅述。另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在將硅粉與分散介質(zhì)進(jìn)行混合得到分散懸浮液的過程中，對分散懸浮液進(jìn)行攪拌，例如采用超聲攪拌或者機械攪拌。通過采用攪拌處理， 能夠提高硅粉在分散介質(zhì)中的分散程度，申請人發(fā)現(xiàn)由此能夠降低硅粉所形成顆粒的粒度，避免硅粉在分散懸浮液中團聚，從而避免了由于硅粉聚成大顆粒而難以除去某些被裹挾其中的雜質(zhì)例如金剛石粉。因為，線切割得到的硅粉粒度均比較小，非常容易與其他顆粒例如金剛石顆粒等團聚在一起，難以分開。通過攪拌處理，例如采用超聲攪拌可以避免此類問題的發(fā)生。B)水力分選水力分選在本文中的含義是指具有一定速度的水流對含有硅粉以及其他雜質(zhì)的分散懸浮液進(jìn)行沖擊時，借助硅粉與其他雜質(zhì)在密度/粒度上的區(qū)別，使得硅粉與其他雜質(zhì)的流動速度不同，從而實現(xiàn)了硅粉與其他雜質(zhì)的分離。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在利用金剛石線鋸切割硅晶錠時，金剛石粉末的粒度是微米級的，與納米級別的硅粉在粒度上相差非常大，因而可以借助金剛石與硅粉在粒度上的明顯區(qū)別，利用水力分選對金剛石粉末和硅粉粉末進(jìn)行分離。根據(jù)本發(fā)明的實施例，進(jìn)行水力分選的設(shè)備和方法不受任何特別限制，只要能夠有效地進(jìn)行硅粉和其他雜質(zhì)的分離即可。也可以采用目前市場上成熟的水力分選設(shè)備用于本發(fā)明的分離，具體的參數(shù)可以根據(jù)硅粉和其他雜質(zhì)的物理性質(zhì)并且參考水力分選設(shè)備的用戶手冊進(jìn)行選擇。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，采用0. 001-0. 5m/s的水流速度對含有硅粉和其他雜質(zhì)的分散懸浮液進(jìn)行處理，由此，能夠有效地分離硅粉，得到經(jīng)過水選的硅粉。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，在對分散懸浮液中的硅粉和金剛石粉末進(jìn)行水力分選之前，可以對分散懸浮液中待水力分選物質(zhì)進(jìn)行初步富集，從而提高水利分選的效率。為此， 根據(jù)本發(fā)明的實施例，在對分散懸浮液進(jìn)行水力分選之前，將分散懸浮液靜置一定時間，從而可以使得分散懸浮液中的硅粉和其他雜質(zhì)可以部分沉降，從而便于水力分選的進(jìn)行，提高水力分選的效率。另外，也可以采用其他手段，例如對分散懸浮溶液進(jìn)行初步過濾。另外，申請人發(fā)現(xiàn)在金剛石線鋸中一般使用人造金剛石粉，人造金鋼石的合成以碳素為原料，合金為觸媒，其晶體內(nèi)部往往含有一定數(shù)量的觸媒合金包裹體如Co、Ni、Fe 等，使得人造金剛石具有一定的磁性，而硅粉不具有磁性。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述水力分選的裝置內(nèi)加有磁體，以使執(zhí)行水力分選的水溶液處于磁場之中，由此，在磁場環(huán)境中實施水里分選。水溶液中具有磁性的粉末如金剛石粉以及微量的具有磁性的金屬粉末被磁體吸附，特別有助于硅粉與金剛石粉的分離。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，在水選設(shè)備的下方設(shè)置磁體，由此能夠進(jìn)一步方便實施水選分離硅粉和金剛石粉末。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 磁體的類型不受特別限制，例如包括但不限于永磁體、電磁體。根據(jù)本發(fā)明的具體示例，采用永磁體，例如具有強磁性的釹鐵硼永磁體。由此，能夠進(jìn)一步提高借助磁體促進(jìn)水選分離的效果，并且能夠節(jié)省電能、節(jié)省成本。C)后續(xù)處理根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以從經(jīng)過水選的硅粉通過洗滌、干燥獲得經(jīng)過干燥的硅粉。具體地，根據(jù)本發(fā)明的具體實例，可以采用的洗滌過程包括首先對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行酸洗除去硅粉中的金屬雜質(zhì)，之后進(jìn)行對經(jīng)過酸洗的硅粉進(jìn)行水洗，除去硅粉表面殘留的酸液。具體的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以采用的洗滌過程包括以下步驟首先將所述經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行酸洗，以去除硅粉中的金屬雜質(zhì)，并得到含有硅粉的酸洗液；接著，將所述含有硅粉的酸洗液進(jìn)行固液分離，分離酸洗液和經(jīng)過酸洗的硅粉；最后，對所述經(jīng)過酸洗的硅粉進(jìn)行水洗，以去除硅粉表面殘留的酸液。根據(jù)本發(fā)明的實施例，經(jīng)過分離、洗滌、干燥的步驟進(jìn)行處理之后得到的硅粉的粒徑小于0. 1mm。例如根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以采用選自酸洗液選自鹽酸、硫酸、硝酸、鹽酸與雙氧水的混合液、硫酸與雙氧水的混合液的水溶液中的一種或多種進(jìn)行酸洗。由此，能夠有效地除去附著在硅粉表面的金屬雜質(zhì)，而不會對硅粉自身造成損害。用于進(jìn)行固液分離的方法和設(shè)備不受特別限制，具體地，可以借助離心機通過離心方式進(jìn)行固液分離，也可以用過濾的方式。進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以從經(jīng)過水力分選所得到的雜質(zhì)粉末分離金剛石粉末，具體地，可以通過對經(jīng)過水力分選所得到的雜質(zhì)粉末進(jìn)行洗滌和干燥，從而獲得金剛石粉末。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以首先對經(jīng)過水力分選得到的雜質(zhì)粉末進(jìn)行篩選，得到直徑小于50微米的金剛石粉(通常為1-20微米)，即金剛石粗粉。進(jìn)一步，由于金剛石為絕緣體，其它的玻璃、塑料等顆粒也為絕緣體，硅粉為半導(dǎo)體(電阻率為 0. 001-100歐姆厘米)，因而可以通過電選處理，使得這些不導(dǎo)電的雜質(zhì)顆粒與硅粉分離。 如前所述，人造金剛石具有一定的磁性，而硅粉不具有磁性，因此，金剛石與硅粉之間可以磁選分離。由此，進(jìn)一步純化金剛石粉末，并且分離回收一部分硅粉。由于金剛石粉末在原料硅粉中的比例較低，通常低于千分之一，因而，通常所分離獲得的金剛石粉末中會殘留一部分硅粉。由此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在分別獲得金剛石粉末和干燥的硅粉之后，參考圖7，可以通過常規(guī)的電選和/或磁選手段對金剛石粉末和硅粉進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理，以進(jìn)一步除去硅粉或者金剛石粉末中的雜質(zhì)。由此，可以將干燥的硅粉中殘留的不導(dǎo)電雜質(zhì)顆粒去除，提高硅粉的純度，以及將金剛石粉末中殘存的導(dǎo)電的硅粉去除，以提高金剛石粉末的純度。另外，通過對金剛石粉末進(jìn)行電選或磁選后，可以分離出高純度的硅粉，從而提高了硅粉的回收率。另外，對于經(jīng)過電選或磁選所得到的金剛石粉末，還可以進(jìn)一步純化，例如通過使用酸洗液或者堿洗液對金剛石粉末進(jìn)行洗滌，由此，可以通過化學(xué)反應(yīng)除去金剛石粉末上附著的殘余的少量硅粉。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可以對金剛石粉末僅進(jìn)行電選或磁選和酸洗或堿洗處理之一，或者全部進(jìn)行，這取決于金剛石粉末中所含殘余硅粉的含量。如果硅粉含量較高的話，可以首先采用電選或磁選進(jìn)行分離金剛石粉末和硅粉，由此可以回收大量硅粉。如果硅粉含量較低，可以直接進(jìn)行酸洗或者堿洗，以除去硅粉從而純化金剛石粉末。對金剛石粉末進(jìn)行酸洗或者堿洗的條件不受特別限制，根據(jù)具體的示例，可以采用的酸洗液為氫氟酸和硝酸的混合水溶液，可以采用的堿洗液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液。進(jìn)行酸洗和堿洗的溫度也不受特別限制，為了提高酸洗和堿洗的效率，根據(jù)本發(fā)明的具體示例，可以在高于室溫的溫度下進(jìn)行酸洗或者堿洗，例如在60-90攝氏度的溫度下，根據(jù)本發(fā)明的具體示例，在80攝氏度下對金剛石粉末進(jìn)行堿洗。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠進(jìn)行電選或磁選的方法和設(shè)備不受特別限制?？梢愿鶕?jù)所處理樣品，調(diào)整進(jìn)行電選或磁選處理時所施加的電場強度或磁場強度，以便足以使得硅粉與混雜在其中的金剛石粉末充分分離。可以用于本發(fā)明的電選或磁選方法可以是本領(lǐng)域中已知的任何方法。在市場上也有許多非常成熟的電選或磁選儀器供選擇。用戶可以根據(jù)所需要分離的硅粉和金剛石粉末的粒度、質(zhì)量等條件依據(jù)產(chǎn)品的說明書選擇適當(dāng)?shù)臈l件進(jìn)行初步分選得到經(jīng)過初步分選的硅粉和含有金剛石粉末的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 可以采用的電選為選自鼓筒式電選、室式電選、自由落下電選、溜板式電選、皮帶式電選、圓盤式電選、搖床式電選或者旋流式電選的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以采用的磁選機為選自帶式磁選機、筒式磁選機、輥式磁選機、盤式磁選機、環(huán)式磁選機、籠式磁選機或滑輪式磁選機的至少一種，其中的磁源可以是永磁磁源，也可以是電磁磁源。D)工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過本發(fā)明的方法所得到的最終硅粉產(chǎn)品的含量達(dá)到了 99. 99wt %以上，回收率可以達(dá)到50-80 %，由此可以回收大量的硅粉，并且可以直接將所回收的硅粉用于工業(yè)使用。根據(jù)本發(fā)明的實施例，經(jīng)過分離、洗滌、干燥的步驟進(jìn)行處理之后得到的硅粉的粒徑小于0. 1mm，通常為納米級別的硅粉?？梢詫⑦@些回收的硅粉用于制作燃料電池的電極取代碳電極、重新用于制作硅晶錠。進(jìn)一步，通過本發(fā)明的方法可以回收得到高純度的金剛石粉，所得到的金剛石粉的含量達(dá)到了 99. 9wt %以上，回收率可以達(dá)到60-90%，由此可以回收大量的金剛石粉，并且可以直接將所回收的金剛石粉用于工業(yè)使用。根據(jù)本發(fā)明的實施例，經(jīng)過分離、洗滌、干燥的步驟進(jìn)行處理之后得到的金剛石粉通常為微米級別?？梢詫⑦@些回收的金剛石粉用于制作金剛石線鋸。下面根據(jù)具體示例，對本發(fā)明的用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法進(jìn)行說明，具體示例并不對本發(fā)明的范圍作出任何限制。示例 1將利用金剛石線鋸切割硅晶錠產(chǎn)生的硅粉(500克)加入到1升水(分散劑)中， 超聲攪拌處理5分鐘，得到硅粉在其中分散均勻的分散懸浮液。利用速度為0. 5m/s的水流對分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末，對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行鹽酸洗滌、水洗、真空干燥得到硅粉。經(jīng)過檢測所回收的硅粉中不溶于氫氟酸/硝酸溶液的固體物質(zhì)(主要是金剛石粉)的含量低于lOppm。另外，將雜質(zhì)粉末進(jìn)行氫氧化鈉水溶液洗滌和水洗，干燥得到金剛石粉末。從所述分散懸浮液提取樣品進(jìn)行掃描電鏡檢測，結(jié)果如圖6 所示，硅粉得到了充分分散。示例 2將利用金剛石線鋸切割硅晶錠產(chǎn)生的硅粉(500克)加入到密度為1. 5g/cm3的硫酸溶液(浮選介質(zhì))中進(jìn)行浮選，回收在溶液底部的硅粉，水洗后加入到1升50%乙醇溶液 (分散劑)中，超聲攪拌處理5分鐘，得到硅粉在其中分散均勻的分散懸浮液。利用速度為 0. 3m/s的水流對分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末，對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行鹽酸洗滌、水洗、真空干燥得到干燥的硅粉。將干燥的硅粉加入到電選儀中進(jìn)行電選，經(jīng)過檢測所回收的硅粉中不溶于氫氟酸/硝酸水溶液的固體物質(zhì)的含量低于lOppm。 另外，將雜質(zhì)粉末進(jìn)行氫氧化鈉水溶液洗滌和水洗，干燥得到金剛石粉末。示例 3將利用金剛石線鋸切割硅晶錠產(chǎn)生的硅粉(500克)加入到密度為1. 6g/cm3的氯化鐵水溶液(浮選介質(zhì))中進(jìn)行浮選，回收在溶液底部的硅粉，水洗后加入到1升四氫呋喃(分散劑)中，超聲攪拌處理5分鐘，得到硅粉在其中分散均勻的分散懸浮液。利用速度為0. lm/s的水流對分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末，對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行鹽酸洗滌、水洗、真空干燥得到干燥的硅粉。將干燥的硅粉加入到電選儀中進(jìn)行電選，經(jīng)過檢測所回收的硅粉中不溶于氫氟酸/硝酸混合水溶液的固體物質(zhì)的含量低于 IOppm0將雜質(zhì)粉末加入到磁選儀中進(jìn)行磁選，得到經(jīng)過磁選的金剛石粉末，并且進(jìn)一步回收了硅粉。示例 4將利用金剛石線鋸切割硅晶錠產(chǎn)生的硅粉(500克)加入到密度為1. 6g/cm3的溴化鈣水溶液(浮選介質(zhì))中進(jìn)行浮選，回收在溶液底部的硅粉，水洗后加入到1升二甲基亞砜(分散劑)中，超聲攪拌處理5分鐘，得到硅粉在其中分散均勻的分散懸浮液。利用速度為0. Olm/s的水流對分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末，對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行鹽酸洗滌、水洗、真空干燥得到干燥的硅粉。將干燥的硅粉加入到電選儀中進(jìn)行電選，經(jīng)過檢測所回收的硅粉中不溶于氫氟酸/硝酸水溶液的固體物質(zhì)的含量低于 IOppm0另外，將雜質(zhì)粉末進(jìn)行鹽酸洗滌和水洗，干燥得到金剛石粉末。將金剛石粉末加入到電選儀中進(jìn)行電選，得到經(jīng)過電選的金剛石粉末，并且回收了硅粉。接著，對經(jīng)過電選的金剛石粉末利用氫氧化鈉在80攝氏度下進(jìn)行堿洗，從而獲得進(jìn)一步純化的金剛石粉末。示例 5將利用金剛石線鋸切割硅晶錠產(chǎn)生的硅粉(500克)加入到密度為1. 6g/cm3的溴化鈣水溶液(浮選介質(zhì))中進(jìn)行浮選，回收在溶液底部的硅粉，水洗后加入到1升二甲基亞砜(分散劑)中，超聲攪拌處理5分鐘，得到硅粉在其中分散均勻的分散懸浮液。利用速度為0. 01m/s的水流對分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末，對經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行鹽酸洗滌、水洗、真空干燥得到干燥的硅粉。將干燥的硅粉加入到電選儀中進(jìn)行電選，經(jīng)過檢測所回收的硅粉中不溶于氫氟酸/硝酸水溶液的固體物質(zhì)的含量低于 IOppm0另外，將雜質(zhì)粉末進(jìn)行鹽酸洗滌和水洗，干燥得到金剛石粉末。將金剛石粉末加入到磁選儀中進(jìn)行磁選，得到經(jīng)過磁選的金剛石粉末，并且回收了硅粉。接著，對經(jīng)過電選的金剛石粉末利用氫氧化鈉在80攝氏度下進(jìn)行堿洗，從而獲得進(jìn)一步純化的金剛石粉末。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將所述硅粉與分散介質(zhì)混合，形成分散懸浮液；以及(2)對步驟(1)中所獲得的分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉和雜質(zhì)粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述硅粉為通過金剛石線鋸對硅晶錠切割加工所得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述硅粉的粒徑小于0.1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述分散介質(zhì)為選自水、乙醇、二乙醇胺、異丙醇、四氫呋喃、丙酮、二甲基亞砜的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的回收方法，其特征在于，當(dāng)所述分散介質(zhì)為水時，其進(jìn)一步含有聚丙烯酸類分散劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回收方法，其特征在于，所述聚丙烯酸類分散劑為聚丙烯酸銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，在所述步驟O)中，用于執(zhí)行所述水力分選的水流速度為0. 001-0. 5m/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，在所述步驟O)中，在所述水力分選的裝置內(nèi)加有磁體，以便在磁場環(huán)境中執(zhí)行所述水力分選。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步驟(1)中在將所述硅粉與所述分散介質(zhì)混合之后進(jìn)行超聲或機械攪拌。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，在將所述硅粉與所述分散介質(zhì)混合之前、或在水力分選之前、或在水力分選之后，使用浮選介質(zhì)對所述硅粉進(jìn)行浮選處理，以分離所述硅粉中所包含的密度低于硅粉的顆粒，其中，所述浮選介質(zhì)的密度為1. 5-2. 3g/cm3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 對所述經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行洗滌、干燥，獲得干燥的硅粉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的回收方法，其特征在于，所述硅粉洗滌過程包括以下步驟 首先，將所述經(jīng)過水選的硅粉進(jìn)行酸洗，以去除所述硅粉中的金屬雜質(zhì)，并得到含有硅粉的酸洗液；接著，將所述含有硅粉的酸洗液進(jìn)行固液分離，分離酸洗液和經(jīng)過酸洗的硅粉； 最后，對所述經(jīng)過酸洗的硅粉進(jìn)行水洗，以去除硅粉表面殘留的酸液， 其中，所述酸洗液選自鹽酸、硫酸、硝酸、鹽酸與雙氧水的混合液、硫酸與雙氧水的混合液的水溶液中的一種或多種。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的回收方法，其特征在于，進(jìn)一步包括對所述干燥的硅粉進(jìn)行選自電選和磁選的至少一種處理，以進(jìn)一步分離其中包含的微量不導(dǎo)電顆粒和磁性體顆粒的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 對水力分選所得到的雜質(zhì)粉末進(jìn)行洗滌、干燥，以獲得金剛石粉末。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的回收方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 對所述金剛石粉末進(jìn)行電選或磁選，以進(jìn)一步純化所述金剛石粉末。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的回收方法，其特征在于，使用酸洗液或者堿洗液對所述雜質(zhì)粉末進(jìn)行所述洗滌，其中，所述酸洗液為氫氟酸和硝酸的混合水溶液，所述堿洗液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液；或者使用酸洗液或者堿洗液對經(jīng)過電選或磁選的金剛石粉末進(jìn)行洗滌，其中，所述酸洗液為氫氟酸和硝酸的混合水溶液，所述堿洗液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于晶錠加工所形成的硅粉的回收方法，包括以下步驟(1)將所述硅粉與分散介質(zhì)混合，形成分散懸浮液；以及(2)對步驟(1)中所獲得的分散懸浮液進(jìn)行水力分選，得到經(jīng)過水選的硅粉。利用本發(fā)明的方法可以有效地回收硅粉。
文檔編號C01B33/02GK102275926SQ20111011608
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者李園 申請人:王楚雯